两相混合式步进电机闭环开环混合位置控制方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种两相混合式步进电机闭环开环混合位置控制方法。

背景技术

现有的两相混合式步进电机位置控制方法：基于位置传感器的闭环控制和基于速度规划曲线的开环控制。开环控制工况下响应能力和抗负载波动的能力差，运行过程中如果存在负载突变、过大以及运动速度规划曲线不合理，都将导致步进电机脉动加大、振荡、甚至失步等问题。而借鉴伺服电机矢量控制方式的步进电机闭环位置控制，由于每次发送个位置角度信息与位置传感器编码比较处理，若有过冲，则有一定的延迟和震荡，频繁启停位置跟踪控制特性比步进电机开环位置控制差。

发明内容

针对两相混合式步进电机在频繁启停位置定位控制工况下的控制问题，本发明提出一种根据位置跟踪误差选择闭环或开环控制的两相混合式步进电机闭环开环混合位置控制方法，即当电机位置跟踪误差绝对值大于阈值时，系统为两相混合式步进电机闭环位置控制；当电机位置跟踪误差绝对值小于等于阈值时，系统为两相混合式步进电机开环位置控制。该两相混合式步进电机闭环开环混合位置控制方法可克服负载突变、过大以及运动速度规划曲线不合理导致的步进电机失步和频繁启停定位震荡等问题，且计算量小，工程易实现。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种两相混合式步进电机闭环开环混合位置控制方法，其特征在于：当电机位置跟踪误差绝对值大于阈值时，系统为两相混合式步进电机闭环位置控制；当电机位置跟踪误差绝对值小于等于阈值时，系统为两相混合式步进电机开环位置控制。

进一步地，其具体包括以下步骤：

步骤S1：设置开环控制保持力矩电流幅值I

步骤S2：根据位置指令信号θ

步骤S3：将e＝(θ

步骤S4：开环控制，使I

在以上步骤当中：

θ为步进电机机械角度，Z

与现有技术相比，本发明及其优选方案提出的两相混合式步进电机闭环开环复合位置控制方法A相、B相电流曲线相位幅值平滑，闭环控制阶段可克服负载突变、过大以及运动速度规划曲线不合理导致的步进电机失步问题，开环阶段可快速定位，震荡小，且闭环开环过渡算法简单平滑，计算量小，工程易实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例两相混合式步进电机位置闭开环混合位置控制方法示意图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

以下通过一个实施例对本发明方案做更进一步的具体介绍：

本发明所设计的两相混合式步进电机位置闭开环混合位置控制方法如图1所示。

上述技术问题所基于的原理和具体的设计过程包括：

本实施例为建立两相混合式步进电机电磁转矩数学模型以便于分析，忽略一些次要因素，做如下的假设：

(1)不计铁心饱和的影响并忽略主磁导中高次谐波的影响；

(2)定子线圈的自感为常数，忽略转子磁钢内部磁路，转子线圈上的自感为常数，不随转角变化而变化；

此时A，B二相产生的转矩矢量分为两个部分，一部分为电磁转矩：

另外一部分为与转子磁中心线方向一致的保持转矩：

式中：T

由此获得步进电机开环闭环控制方法：

(1)步进电机闭环矢量控制，即位置传感器检测的转子位置信号θ和通过PID计算后的电流幅值I

相对应的AB相电磁转矩为：

T

T

(2)而步进电机开环细分控制，即当给定的位置信号θ

相对应的AB相电磁转矩为：

T

保持转矩为：

T

根据上述分析，两相混合式步进电机在频繁启停位置定位控制工况下，可根据位置跟踪误差Z

(1)当电机转子与位置设定的误差e＝(θ

(2)当电机转子与位置设定的误差e＝(θ

(3)闭环、开环控制AB相的余正弦曲线幅值切换平滑。根据误差绝对值过渡点0.5π/Z

综上，可以获得本实施例最终形成的算法具体实现过程步骤如下：

步骤1：设置开环控制保持力矩电流幅值I

步骤2：根据位置指令信号θ

步骤3：将e＝(θ

步骤4：开环控制，使I

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的两相混合式步进电机闭环开环混合位置控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。